Оборудование водомерного поста

• Название: Оборудование водомерного поста
• Дата: 03.01.2019
• Размер: 0.79 Mb.
• Имя файла: Otchet_2018_gidro.doc
• Тип: Документы; #62363

Оглавление

Введение 2

1. Оборудование водомерного поста 3

2. Измерения уровня воды 4

3. Промер глубин и расчет геометрических характери-стик поперечного сечения в гидростворе 5

3.1. Промеры глубины воды 5

3.2. Расчёт характеристик поперечного сечения 6

5. Измерение скорости течения гидрометрической вертушкой, расчет расхода и гидравлических параметров русла. 8

5.1. Измерение скоростей течения 8

5.2. Расчёт расхода воды и гидравлических параметров русла 10

Приложение 1 12

Приложение 2 13

Приложение 3 15

Введение

Одной из задач учебной гидрологической практики являлось получение навыков гидрометрических измерений основных элементов речного потока и камеральной обработки их результатов.

Учебная практика проводилась на реке Оккервиль. Река протекает в пределах Всеволожского района Ленинградской области г. Санкт-Петербурга. Исток реки находится на южной окраине верхового болота Приладожской низменности посёлка Матокса. Оккервиль впадает в реку Охта в двух километрах от реки Невы. Общая длина реки 25 км, до замыкающего учебного створа 21 км. Площадь водосбора 53 км².

Водное питание реки смешанное: снеговое, дождевое и подземное. На долю весеннего половодья приходится в среднем 50% от годового стока воды. Доля дождевых паводков составляет 30%, доля подземного питания — 20%.

В процессе учебной практики были выполнены следующие работы.

• 
  Оборудование водомерного поста.
  
• 
  Измерение уровня воды.
  
• 
  Промеры глубин воды в реке.
  
• 
  Определение скоростей движения воды в русле с помощью гидрометрической вертушки.
  
• 
  Расчёт расхода воды.
  
• 
  Определение уклона водной поверхности.
  
• 
  Расчёт коэффициента Шези и коэффициента шероховатости русла.
  

1. Оборудование водомерного поста

Во время гидрометрических работ ежедневно утром и вечером производят измерение уровней воды на водомерных постах (рис. 1).

Уровень воды (УВ) — высота поверхности воды над условной горизонтальнойплоскостью сравнения, которая называется нулём графика водомерного поста.

Для измерения УВ на изучаемом водотоке устраивается реечно-свайный водомерный пост, включающий вертикальную рейку и две сваи, расположенные в поточной части берега в створе¹, перпендикулярном к среднему направлению течения воды (рис. 1). Сваи забиваются в том случае, когда в период прохождения практики ожидается подъём воды на 1–1,5 м и более. Рейка длиной 0,6–0,7 м закрепляется вертикально в бетонной стенке, причём «0» рейки помещается непосредственно у дна водотока.



Рис. 1: Схема определения уровня воды на свайном водомерном посту.

На рисунке: ГВВ — горизонт высоких вод; ГНВ — горизонт низких вод; ГВ — горизонт воды в момент измерения; h₁, h₂ — величины приводки свай.

Промеры УВ и измерения скоростей течения провели в гидростворе, проходящем по краю пешеходного моста через реку.

Предварительно была проведена разметка гидроствора через 1м. Постоянное начало совмещено с гранитным блоком на левом берегу реки, с которого начинались ограждающие мост поручни.

¹Створ — вертикальная плоскость, проведённая через две данные точки местности.

2. Измерения уровня воды

Схема определения УВ приведена на рис. 1.

Для рассматриваемого поста принимаем Н0=40,00 м в Балтийской системе высот (БС), нивелированием от бетонного репера определяем отметку нуля рейки (Н0р), а также головок свай 1 и 2. После этого вычисляем величину приводки рейки по формуле

hp = Н0р – Н0.

Получаем, что hp=1,25 м.

На начало и окончание работы взяты отсчёты УВ по водомерной рейке, закреплённой в бетонной стенке². Уровень воды над нулём графика водомерного поста равен

УВ = hув + hp,

где hув - отсчёт по водомерной рейке.

Абсолютная высота отметки УВ определяется по формуле

Набс = УВ + Н0.

Уровни воды и абсолютные отметки водной поверхности приведены в журнале измерений (табл. 1).

Таблица 1: Журнал измерений УВ

Водный объект: р. Оккервиль.

Название водомерного поста: пр-т Большевиков.

Отметки нуля графика: Н0=38,40 м БС.

Дата и время измерения	Отсчёты по рейке, м	УВ, м	Набс, м
29 июня 2018 г., 12 ч. 55 мин.	0,35	1,60	40,00
29 июня 2018 г., 15 ч. 09 мин.	0,36	1,60	40,00

²В период прохождения практики не отмечено значительного подъёма уровня воды, поэтому сваи не использовались.

3. Промер глубин и расчет геометрических характери-стик поперечного сечения в гидростворе

3.1. Промеры глубины воды

Измерения глубин воды проводятся на промерных вертикалях, расположенных через 1 м друг от друга и закреплённых разметкой на мосту. Глубины измеряются по створу дважды (от левого берега к правому и обратно).
Глубина воды измерялась самодельным лотом. Перед началом и после окончания промеров измерялся УВ на водомерном посту. Результаты промеров глубин записаны в журнале измерений (табл. 2).
Таблица 2: Журнал промера глубин на гидростворе №9/18
Дата: 29 июня 2018 г.

Начало работы: 12 ч. 55мин. Окончание работы: 13 ч. 38 мин.

Состояние реки: межень, спокойная, вода мутная.

За постоянное начало принят гранитный блок на левом берегу реки.

Способ измерения: лот. Ширина реки: 11,5 м.

Отметка УВ на водомерном посту в начале работ: 40,00 м, в конце работ: 40,01 м.

Промеры						Отметки дна, м
Номера вертикалей		Расстояние от постоянного начала, м	Глубины, м
промерных	скоростных		I	II	Средние
У левого берега (0)		9	0,48	0,45	0,46	39,54
1	IV	10	0,51	0,52	0,52	39,48
2		11	0,49	0,51	0,50	39,50
3		12	0,60	0,61	0,60	39,40
4	II	13	0,81	0,80	0,80	39,20
5		14	0,84	0,86	0,85	39,15
6		15	0,95	0,87	0,91	39,09
7	I	16	1,01	1,06	1,04	38,96
8		17	1,05	1,01	1,03	38,97
9	III	18	0,96	0,90	0,93	39,07
10		19	0,49	0,48	0,48	39,52
11		20	0,38	0,39	0,38	39,42
У правого берега (11,5)	V	20,5	0,34	0,31	0,32	39,68

Построен поперечный профиль реки (прил. 1).

На основании данных журнала измерений глубин (табл. 2) определяются геометрические размеры поперечного сечения в гидростворе.

3.2. Расчёт характеристик поперечного сечения

Сначала определим площадь поперечного сечения. Площадь поперечного сечения определяется как сумма площадей трапеций, образованных промерными вертикалями и дном при данном горизонте воды

ω = ω1 + ω2 +...+ ωn-1 + ωn. (1)

В данном случае имеем 13 промежуточных вертикалей и, следовательно, 12 площадей трапеций. Обозначим глубины воды на промерных вертикалях, как h1 - h13. Получим следующие площади

ω1 = 1/2 ( h1 +h2) l 1-2 = 0,49 (м²);

ω2 = 0,51 (м²); ω3 = 0,55 (м²); ω4 = 0,70 (м²); ω5= 0,825 (м²); ω6 = 0,88 (м²); ω7 = 0,975 (м²); ω8 = 1,035 (м²); ω9 = 0,98 (м²); ω10 = 0,705 (м²); ω11 = 0,43 (м²); ω12 = 0,175 (м²).

Общая площадь поперечного сечения ω = 8,255(м²).

Смоченный периметр³ χ также рассчитывается сложением по участкам между промерными вертикалями. Также к смоченному периметру нужно отнести глубины h1 и h13, так как они измерены вдоль вертикальных бетонных плит, которые тоже представляют собой поверхность трения для воды. Таким образом, смоченный периметр равен

12

χ = ∑ χi + h1 + h13. (2)

i =1
χ1 = √ (( h1 -h2)² + l ² 1-2 )= √ (( 0,46- 0,52)² + 1² )= 1,002 (м);

χ2 = 1,000 (м); χ3 = 1,005 (м); χ4 = 1,020 (м); χ5 = 1,001 (м); χ6 = 1,002 (м); χ7 = 1,008 (м);

χ8 = 1,000 (м); χ9 = 1,005 (м); χ10 = 1,097 (м); χ11 = 1,005 (м); χ12 = 0,504 (м).

12

χ = ∑ χi + h1 + h13= 11,649 + 0,46 + 0,32 = 12,429 (м).

i =1

Гидравлический радиус потока рассчитывается по формуле

R = ω / χ. (3)

Получаем, что R = ω / χ =8,255 / 12,429 = 0,664 (м).

³ Смоченный периметр — расстояние по дну между урезами воды левого и правого берегов.

4. Определение продольного уклона поверхности воды

Уклон поверхности воды в реке определяется по формуле

i = ΔУВ / l, (4)

где Δ УВ — разница уровней воды между гидростворами; l — расстояние между этими гидростворами.

Разность уровней воды определяется методом мгновенных наблюдений. На урезе воды при отсутствии волнения забиваются колья так, чтобы их верх выступал из воды на 3-5 см. Расстояние между кольями должно быть не менее 500 м. Поскольку уровень воды в реке всё время колеблется, необходимо определять падение реки на исследуемом участке в определённый момент времени. Для этого два наблюдателя одновременно добивают колья вровень с поверхностью воды воды. Затем нивелированием повышенной точности (III - IV класс) определяют отметки заюитых кольев. Результаты записывают в журнал (табл. 3) и по ним вычисляют уклон поверхности воды в реке.

Таблица 3: Журнал для определения уклона поверхности воды в реке

Водный объект: р. Оккервиль.

Дата, время	Расстояние, м	Номер ПК и плюсов	Отметка уреза воды, м	Разность отметок уреза воды, м	Уклон
29 июня 2018 г., 12 ч. 55мин.	150	ПК - 0	40,08	0,08	0,00053
		ПК - 15	40,00

5. Измерение скорости течения гидрометрической вертушкой, расчет расхода и гидравлических параметров русла.

5.1. Измерение скоростей течения

По ширине гидроствора выбираются несколько скоростных вертикалей, положение которых отмечается в таблице 2. Скоростные вертикали выбираются равномерно по ширине реки через 2–3 м. При выборе места расположения вертикали следует отдавать предпочтение местам перелома поперечного профиля дна реки.

В зависимости от глубины реки на скоростной вертикали берётся несколько точек для измерения в них скорости. Количество и расположение точек приведены в таблице 4.

Таблица 4: Положение скоростных точек на скоростной вертикали

Глубина по вертикале, м	Положение точек измерения скорости по глубине, считая от дна
Более 1	Дно; 0,2h; 0,6h; 0,8h; поверхность
0,6–1	Дно; 0,6h; поверхность
0,35–0,6	0,3h; 0,8h
Менее 0,35	0,6h

В табл. 4 h — глубина реки на данной вертикали.

Наиболее распространённым и точным прибором для определения скорости течения является гидрометрическая вертушка. На практике была использована вертушка типа ИСП-1.

Схема устройства вертушки показана на рисунке 2. Вертушка опускается в поток воды и стабилизатор 8 направляет её лопастным винтом 1 навстречу течению. Набегающая вода вращает винт 1. При этом в корпусе вертушки 5 замыкается контакт. Одно замыкание контакта соответствует одному или нескольким оборотам винта (в зависимости от настройки вертушки). Выходной сигнал контактного устройства по сигнальному проводу 3 поступает в преобразователь сигнала ПСВ-1 (позиция 4 на рисунке). ПСВ фиксирует частоту замыканий и через 60 с выдаёт значение измеренной скорости течения.

На корпусе вертушки имеются клеммы 2, одна из которых герметична и при-соединена к контакту внутри вертушки, а другая к корпусу (к «массе»). При соединении электрической цепи корпус («масса») должен быть подключен к чёрному контакту ПСВ.

Более подробная информация находится в документации к ПСВ и вертушке.

С помощью винта 6 вертушка закрепляется на гидрометрической штанге 7 на определённой глубине. В положениях «поверхность» и «дно» ось вертушки должна находиться от поверхности воды или дна не менее, чем на 10 см, чтобы лопастной винт соприкасался только с водой. Измерение в точке выполняется два раза, вычисляется среднее арифметическое значение скорости в точке.

Рис. 2: Схема гидрометрической вертушки

На рисунке: 1 — лопастной винт; 2 — клеммы; 3 — сигнальный провод; 4 — преобразователь сигнала вертушки; 5 — корпус вертушки; 6 — стопорный винт; 7 — штанга; 8 — стабилизатор.

Расчёт средних скоростей на вертикали при измерении скоростей:

• 
  в пяти точках Vср = 0,1(Vпов + 3V0,8h+ 3V0,6h + 3V0,2h + Vдно);
  
• 
  в трех точках Vср = 0,1(Vпов + 5V0,6h + Vдно);
  
• 
  в двух точках Vср = 0,5(V0,3h+ V0,8h);
  
• 
  в одной точке Vср = V0,6h.
  

При измерении скоростей заполняется журнал (табл. 5).

Для выбранных пяти скоростных вертикалей получены следующие значения средних скоростей

VI = 0,227 (м/с); VII = 0,218 (м/с); VIII = 0,142 (м/с); VIV = 0,235 (м/с); VV = 0,244 (м/с).

В приложении 1 построена эпюра средних скоростей.

5.2. Расчёт расхода воды и гидравлических параметров русла

Умножая средние скорости на вертикалях глубины, получаем значения элементарных расходов qэ, на скоростных вертикалях

q э = h ^.Vср. (5)

Таблица 5: Журнал измерений скоростей вертушкой

Вертушка №2008. Свидетельство о тарировке №1/18.

Дата: 29 июня 2018 г. Начало работы: 13 ч. 38 мин. Окончание работы: 15 ч. 09 мин.

Отметка УВ на водомерном посту в начале работ: м, в конце работ м.

Номер вертикали	Расположение точек	Глубина, см		Скорость течения, м/с			Средняя скорость на вертикали, м/с
		от поверхности	от дна	1	2	Средняя скорость в точке, м/с
I	Поверхность	0,10	0,94	0,230	0,234	0,232	0,227
	0,2h	0,21	0,83	0,232	0,230	0,231
	0,6h	0,62	0,42	0,221	0,221	0,221
	0,8h	0,83	0,21	0,185	0,176	0,180
	Дно	0,94	0,10	0,150	0,133	0,142
II	Поверхность	0,10	0,70	0,316	0,328	0,322	0,218
	0,6h	0,48	0,32	0,316	0,310	0,313
	Дно	0,70	0,10	0,289	0,287	0,288
III	Поверхность	0,10	0,83	0,224	0,217	0,220	0,142
	0,6h	0,56	0,37	0,215	0,207	0,211
	Дно	0,83	0,10	0,158	0,139	0,148
IV	0,3h	0,16	0,36	0,279	0,285	0,282	0,235
	0,8h	0,42	0,10	0,189	0,187	0,188
V	0,6h	0,19	0,13	0,238	0,250	0,244	0,244

Для пяти скоростных вертикалей получаем следующие значения элементарных расходов

q эI = h ^.Vср I = 1,04 ^. 0,227= 0,236 ( м²/с);

q эII = 0,174 ( м²/с); q эIII = 0,132 ( м²/с); q эIV = 0,122 ( м²/с); q эV = 0,078 ( м²/с).

На промерных вертикалях элементарные расходы получают по формуле 5, в которую подставляется скорость, полученная с эпюры скоростей. В приложении 1 построена эпюра элементарных расходов. Эти расходы используются для определения частных расходов.

Частные расходы между промерными вертикалями определяются, как произведение среднего элементарного расхода между промерными вертикалями на расстояние между ними.

Q i = 0,5(q i + q i+1) ^.l i . (6)

Поскольку у нас 13 промерных вертикалей, получаем 12 значений частных расходов.

Q 1 = 0,5(q 1+ q 2) ^.l 1-2 = 0,5( 0,112 + 0,122) ^. 1 = 0,117 ( м³/с);

где q1 и q2 — элементарные расходы на первой⁴ и второй промерных вертикалях соответственно.

Q 2 = 0,120 ( м³/с); Q 3 = 0,127 ( м³/с); Q 4 = 0,155 ( м³/с); Q 5 = 0,181 ( м³/с); Q 6 = 0,196 ( м³/с); Q 7 = 0,440 ( м³/с); Q 8 = 0,214 ( м³/с); Q 9 = 0,162 ( м³/с); Q 10 = 0,104 ( м³/с); Q 11 = 0,077 ( м³/с); Q 12 = 0,039 ( м³/с).

Общий расход для всего живого сечения определяется, как сумма частных расходов

12

Q = ∑ Q i = 1,932 ( м³/с).

i =1

Определим две гидравлические характеристики поверхности русла: коэффициент Шези и коэффициент шероховатости.

Коэффициент Шези определяем по формуле

С = Q / (ω √ (R^.i)), (7)

где R — гидравлический радиус, рассчитанный по формуле 3; i — гидравлический уклон, определённый по формул 4.

С = Q / (ω √ (R ^. i)) = / ( 8,255 √ ( 0,664 ^. 0,00053)) = 0,155 (√ м/с).

Коэффициент шероховатости найдём, выражая его из формулы Маннинга

С = R^1/6/ n, (8)

где n — коэффициент шероховатости.

Из формулы 8 получаем

n = R^1/6/ С = 0,934 / 0,155 = 6,026.

Приложение 1

Приложение 2

Краткая инструкция по ОТ при прохождении обучающимися учебной гидрологической практики

1. Общие требования охраны труда.

1.1. К самостоятельной работе допускаются лица, прошедшие вводный инструктаж и проверку знаний требований охраны труда. 

1.2. При нахождении на полевых работах обучающийся обязан: 
1.2.1 Выполнять только ту работу, которая ему поручена, при условии, что безопасное выполнение ее хорошо известно. 

1.2.2. Соблюдать правила ПДД [1];

1.2.3. Безукоснительно выполнять распоряжения преподавателя, касающиеся обеспечения порядка на практике;

1.2.4. Соблюдать общественный порядок во время полевых работ, не вступать в дискуссии с прохожими;

1.2.5. Немедленно извещать преподавателя о любой ситуации, угрожающей жизни и здоровью людей, о каждом несчастном случае, или об ухудшении состояния своего здоровья.

1.3. Во время нахождения на объекте практики:

1.3.1. Не перевешиваться через перила моста. Размещаться относительно перил так, чтобы не создавалось возможности выталкивания человека за перила;

1.3.2. В случае возникновения метеоусловий, при которых проведение полевых работ невозможно (сильный ливень, гроза, град), группа отводится с места проведения полевых работ в ближайшее безопасное укрытие. На месте проведения практики возле реки Оккервиль это помещения многоцелевого спортивно-разлекательного комплекса "Ледовый дворец".

1.3.3. Следует обеспечивать личную гигиену при контакте с водой реки Оккервиль. Купание в реке во время практики запрещено.

1.4. В случае экстремально жаркой погоды [3]:

1.4.1. Для профилактики перегревания организма (гипертермии) организовать рациональный режим работы. При температуре наружного воздуха 35-37°С продолжительность периодов непрерывной работы должна составлять 15-20 минут с последующей продолжительность отдыха не менее 10-12 минут. При этом допустимая суммарная продолжительность термической нагрузки за рабочую смену не должна превышать 4-5 часов, для лиц использующих специальную одежду для защиты от теплового излучения и 1,5-2 часа для лиц без специальной одежды.

1.4.2. Не рекомендуется проведение работ на открытом воздухе, при температуре свыше 37°С, перенося эти работы на утреннее или вечернее время. Работа при температуре наружного воздуха более 37°С по показателям микроклимата относится к опасным (экстремальным).

1.4.3. В целях профилактики обезвоживания организма рекомендуется правильно организовать и соблюдать питьевой режим. Питьевая вода должна быть в достаточном количестве и в доступной близости. Рекомендуемая температура питьевой воды, напитков, чая - 12-15ºС.

1.5. Во время аудиторных занятий следует соблюдать внутренние инструкции Университета по охране труда.

 

Библиография:

1. Правила дорожного движения РФ 2018 г.;

2. СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений», утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора от 1 октября 1996 г. № 21

3. "Рекомендации по сохранению здоровья в жаркую погоду" (утв. Роспотребнадзором)

Приложение 3